Nombre: Informe 4

TRAZABILIDAD DE PRODUCTOS EN ALMACÉN, PRODUCTO
TERMINADO, CONSUMIBLES, MATERIAS PRIMAS Y
DESPACHOS REALIZADOS EN PLANTA, MEDIANTE
SISTEMAS DE INFORMACIÓN PARA SEGUIMIENTO Y
CODIFICACIÓN
Trazabilidad de productos en almacén, producto terminado, consumibles, materias primas y despachos realizados en planta, mediante
sistemas de información para seguimiento y codificación.
DISEÑO DE INFRAESTRUCTURA DE PRUEBAS, LABORATORIO DE SIMULACION Y
ANÁLISIS
1. ANTECEDENTES
En un sistema de RFID, existen elementos de hardware y de software que se hacen
vitales para el funcionamiento del mismo. Si bien estos elementos fueron descritos en
productos anteriores, es necesario recalcar que al igual que el modelo OSI* que se
cimenta en las capas Física, Enlace y Red. Un sistema de RFID se basa en tres
elementos claves (Lectoras, Antenas y Tags) los cuales son determinantes en el éxito
o fracaso del mismo.
En los sistemas de control de accesos, por ejemplo, factores como la corta distancia
juegan un papel primordial en su funcionamiento. En la actualidad un Modulo de
lectura/escritura, leído por una antera de tarjeras inteligentes provee un rango
aproximado de 20 cm. Adicionalmente este módulo de lectura debe encontrarse en un
rango cercano del lugar de implementación (caja por ejemplo) para garantizar que la
señal sea recibida correctamente de las tarjetas; un computador central que
administra las bases de datos realiza los procesos de verificación de autorizaciones y
envía las señales que permiten el control de las diferentes aplicaciones (Accesos y
autorizaciones especiales) por el puerto de comunicación RS-485 ó RS-232.
Por el contrario, los sistemas de trazabilidad de productos y seguimiento de activos
requieren una mayor distancia de lectura/escritura (generalmente de 1 a 2 metros) y
adicionalmente no pueden depender de un computador central para su validación y
análisis. Ya que en este caso toda la información deberá viajar hasta un punto único
de control al interior de la organización.
De manera similar, elementos adicionales de hardware como tarjetas de advertencia
lumínica y sonora, juegan un papel importante en la tarea de informar los eventos
ocurridos en cada portal en combinación con la señalización propuesta por la lectora.
*
Modelo de referencia de Interconexión de modelos abiertos (Open System Interconection) lanzado en 1984
por ISO.
Trazabilidad de productos en almacén, producto terminado, consumibles, materias primas y despachos realizados en planta, mediante
sistemas de información para seguimiento y codificación.
2. OBJETIVOS
Basados en la investigación y experiencia adquirida por el trabajo de campo, diseñar
los modelos de pruebas de sistema para RFID, con sus respectivos manuales de
laboratorio, simulación y análisis, se planten cumplir las siguientes metas:
-
Determinar el porcentaje de confiabilidad de lectura de tags pasivos empleando
lectoras RFID a diferentes distancias.
-
Determinar el nivel de apantallamiento producido por diferentes objetos en la
lectura de tags pasivos empleando lectoras RFID a diferentes distancias.
-
Determinar el nivel de confiabilidad cuando se ubican varios tags pasivos a
distancias cercanas unos de otros.
Con la documentación generada de los modelos de pruebas y los diseños de
laboratorio para las pruebas de los equipos de RFID, obtener datos matemáticos
basados en pruebas prácticas.
Trazabilidad de productos en almacén, producto terminado, consumibles, materias primas y despachos realizados en planta, mediante
sistemas de información para seguimiento y codificación.
3. METODOLOGÍA
DISTANCIAS DE MEDICIÓN
Aunque en la asignación del espectro electromagnético se considera la banda de UHF
con un rango de frecuencia de 300Mhz a 3 Ghz, para este producto solamente se
consideraron los rangos de frecuencias reconocidos por EPCGlobal como UHF, que
corresponden al rango de 856 Mhz a 928.
Considerando la formula de calculo de la longitud de onda. λ =
c
donde
f
λ corresponde a la longitud de onda medida en metros, c es la constante de velocidad
de la luz correspondiente a 3x108 m/s y f es la frecuencia media en hertz y un ancho de
banda de 6Mhz tomado como ancho estándar en esta frecuencia, se obtiene el siguiente
listado de longitudes de onda.
Longitud media de
Frecuencia
Longitud de
onda
[Mhz]
Onda [m]
[m]
856
0.350
0.175
862
0.348
0.174
868
0.346
0.173
874
0.343
0.172
880
0.341
0.170
886
0.339
0.169
892
0.336
0.168
898
0.334
0.167
904
0.332
0.166
910
0.330
0.165
916
0.328
0.164
922
0.325
0.163
928
0.323
0.162
Tabla 1. Listado de longitudes de onda λ para RFID en UHF
Del listado anterior se puede concluir que para este rango de UHF, la longitud de onda
promedio corresponde a 0.336 metros para la frecuencia 892Mhz. Valor que será
asumido como base para los cálculos de distancia.†
Dado que se puede considerar un número casi infinito de distancias desde la lectora y
hacia el tag. (ver gráfica 1) todas con línea de vista, siendo las primeras n las mas
utilizadas y necesarias.
†
Debido a que los equipos de lectura de ondas de radio tienen la capacidad de cambiar las frecuencia de sus
portadoras ya sea manual o automáticamente, se ha tomado un promedio aritmético que produzca el menor
cambio en la longitud de onda, ya sea de manera descendente o ascendente debido las pruebas.
Trazabilidad de productos en almacén, producto terminado, consumibles, materias primas y despachos realizados en planta, mediante
sistemas de información para seguimiento y codificación.
Gráfica 1. Distancias de lectura posibles
De esta manera considerando a 892Mhz como frecuencia fundamental para RFID
UHF, se genera el siguiente listado de las primeras 10 posibles distancias de lectura,
todas múltiplos de la longitud de onda de la frecuencia fundamental.
Frecuencia
Distancia con la
Fundamental Nombre
antena.
[Mhz]
[m]
892
d1
0.336
892
d2
0.672
892
d3
1.008
892
d4
1.344
892
d5
1.68
892
d6
2.016
892
d7
2.352
892
d8
2.688
892
d9
3.024
892
d10
3.36
Tabla 2. Listado de longitudes distancia de lectura.
Para efectos prácticos, se recomiendan las distancias d1, d5 y d9 por considerarse las
mas probables en aplicaciones de RFID UHF.
Trazabilidad de productos en almacén, producto terminado, consumibles, materias primas y despachos realizados en planta, mediante
sistemas de información para seguimiento y codificación.
EQUIPO DE LECTURAS
Para el desarrollo de este producto se empleó un lectora fija Impinj EPCGlobal UHF
Gen2 de rango de lectura de 865 -956 Mhz, voltaje de operación 110-240v AC y
conexión Serial.(Ver gráfica).
Gráfica 2. Lectora Imping EPCGlobal UHF Gen2
La características técnicas de este producto de describen en un archivo adjunto a este
producto el cual fue suministrado por el fabricante.
Como elemento de lectura fue utilizada una antena Sensormatic Ommiwave UHF EPC
de rango de lectura 865 - 956 Mhz con Alcance efectivo 0.1 -3.5 y polarización
circular‡ metros acoplada con un cable coaxial de 25 mm como lo muestra la
siguiente grafica.
Gráfica 3. Antena EPCGlobal UHF Gen2
‡
La polarización circular contiene dos componentes de onda, un vertical y otro horizontal, lo que se traduce
en una mejor calidad de lectura independiente del sentido de orientación del tag.
Trazabilidad de productos en almacén, producto terminado, consumibles, materias primas y despachos realizados en planta, mediante
sistemas de información para seguimiento y codificación.
ELEMENTOS PASIVOS
Basados en el listado actual de Tags pasivos, presentado Avery Dennison§ (ver tabla
3) uno de los proveedores pioneros en investigación y desarrollo de tags pasivos en el
mundo. Se seleccionaron para esta prueba los tags referenciados como AD-222 o
Propósito General, AD-820 o Tags de cercanía a metales y el AD-908 o Encapsulado
sobre metales, por ser los mas representativos dentro de los tags pasivos, dado el
amplio margen de aplicación del proyecto.
Tabla 3. Listado de tags disponibles en Avery Dennison
Tomado de http://www.rfid.averydennison.com
§
Para mayor información visitar http://www.rfid.averydennison.com
Trazabilidad de productos en almacén, producto terminado, consumibles, materias primas y despachos realizados en planta, mediante
sistemas de información para seguimiento y codificación.
MATERIALES DE INTERFERENCIA
A fin de poder determinar el nivel de apantallamiento se consideraron los siguientes
materiales que se pueden encontrar entre la antena y el tag, los cuales fueron
probados en el laboratorio.
Nombre
Material 1
Descripción
Aire
Observaciones
- Es el mas común y probable de todos
los materiales.
- Se consideró una temperatura de 20º C
Material 2
Papel y cartón
- Es muy común como elemento de
embalaje en productos terminados.
- Se tomo un libro en pasta dura de aprox
0.15x0.25 metros.
Material 3
Metal
-Se tomó una lamina de acero calibre 20
de 1x1 metros.
Tabla 4. Listado de materiales de interferencia utilizados.
4. CONSIDERACIONES ADICIONALES
En el desarrollo de las aplicaciones de RFID, se debe partir de la identificación de
necesidades para plantear las soluciones y reducir los posibles inconvenientes que se
puedan presentar en la ejecución de las actividades, por esta razón se tiene en cuenta
las siguiente consideraciones las cuales se pueden presentar para futuras
implementaciones.
De Software
Para desarrollar la documentación que será guía en el desarrollo de las aplicaciones
de RFID EPC se utiliza una herramienta desarrollada por Grupo Condor S.A. que
permitió mostrar en pantalla los positivos de las lecturas de cada tag.
En los casos de implementaciones futuras, se deberá contar con una herramienta que
permita verificar las lecturas de los tags sin afectar la funcionalidad del sistema
implantado.
Factores ambientales:
Ruido eléctrico:
Es generado por las fuentes de alimentación de los equipos de computo, motores y
otros equipos eléctricos que estén conectados y funcionando cerca a los equipos de
RFID.
Temperatura:
Trabajar bajo un sistema controlado es de gran ayuda para garantizar que los equipos
funcionen dentro de rangos de temperatura ideales y niveles de disipación de calor
óptimos que no afecten su funcionamiento. Este factor puede afectar especialmente a
la lectora de RFID, el cual es un equipo robusto de trabajo pesado que requiere
condiciones específicas para obtener su mejor desempeño.
Trazabilidad de productos en almacén, producto terminado, consumibles, materias primas y despachos realizados en planta, mediante
sistemas de información para seguimiento y codificación.
Señales de radio:
se generan por teléfonos celulares y equipos de comunicaciones que producen
interferencias y afectan las señales de la aplicación.
Factores logísticos:
El lugar de adecuación de los equipos e instalación de los mismos para realizar las
pruebas preliminares debe contar además del control de los factores ambientales, con
el suficiente espacio para poder determinar las distancias y efectividad de las lecturas
y determinar así la confiabilidad del sistema de RFID.
El espacio debe estar demarcado y las señalizaciones necesarias para el momento de
las pruebas se cuente con la información a la mano y se realice con mayor eficiencia
los procedimientos necesarios para determinar la efectividad de los equipos de RFID.
También se debe tener en cuenta que debido a la variabilidad de los sistemas de
RFID en diferentes materiales de marcación, se debe poseer un modulo con diferentes
tipos de materiales tales como vidrio, metal, papel, telas para definir y documentar el
rendimiento del sistema bajo estos materiales.
Una vez se tenga un ambiente de trabajo que cumpla con las condiciones anteriores,
podremos iniciar con la creación de los protocolos de pruebas y simulación de los
sistemas de RFID para su posterior análisis.
Grafica 4. Plano del laboratorio de pruebas
Trazabilidad de productos en almacén, producto terminado, consumibles, materias primas y despachos realizados en planta, mediante
sistemas de información para seguimiento y codificación.
5. PRUEBAS Y SIMULACIONES
Las pruebas del sistema se inició con la comprobación de las características técnicas
de los equipos entregadas por los fabricantes con los equipos seleccionados.
Antenas:
Las pruebas preliminares de estos equipos consisten en llevar al laboratorio y medir
los niveles de ganancia, efectividad y niveles de ruido que se especifican en la hoja
técnica entregada por el fabricante. Para estos procedimientos se utilizan equipos de
medida especializados como analizador de espectros, osciloscopios y analizador de
señales.
Tags:
Para estos equipos se debe realizar la inspección preliminar de forma visual, para
comprobar que el diseño de la antena sea la que mejor se adapte a la aplicación que
se vaya a desarrollar. Es necesario recordar que debido a los bajos voltajes que
operan, estos tags son sensibles a las cargas estáticas, por lo tanto se recomienda
trabajar con manillas “aterrizadas”.
Lectora:
El equipo más complejo del sistema de RFID debe tener un tratamiento especial.
Antes de realizar cualquier prueba con este equipo se debe leer toda la
documentación entregada por el fabricante la cual incluye la familiarización con el
equipo (los indicadores visuales, periféricos y demás elementos que conforman el
hardware), el software de control de dispositivos conectados y el sistema operativo
que le permite configurar todas las características internas y de control hacia otros
dispositivos.
Una vez realizadas la inspección preliminar, familiarización con los elementos que
conforman el sistema de RFID, procedemos a continuar el desarrollo de las pruebas
mas especificas y en conjunto con todo el sistema.
Trazabilidad de productos en almacén, producto terminado, consumibles, materias primas y despachos realizados en planta, mediante
sistemas de información para seguimiento y codificación.
6. RESULTADOS
A continuación se presentan los resultados de las diferentes pruebas aplicadas en el
laboratorio.
RESULTADOS DE PRUEBAS DE TAG DESNUDO EN MATERIAL 1
Descripción de la Prueba:
Se ubicaron los tags AD-222, AD-820 y AD-908 a las distancias d1, d5 y d9. Acto
seguido se procedieron a desplazar de manera manual 100 veces cada tag por el
frente de la antena. (Ver grafica)
Aire
Grafica 5. Prueba de lectura en Material 1 (Aire)
Tag Empleado
AD-222
Lecturas
Positivas en d1
(0.33 m)
Material 1(Aire)
Lecturas
Positivas en d5
(1.68 m)
Lecturas
Positivas en d9
(3.02 m)
100
100
100
100
99
97
100
95
90
AD-820
AD-908
Trazabilidad de productos en almacén, producto terminado, consumibles, materias primas y despachos realizados en planta, mediante
sistemas de información para seguimiento y codificación.
RESULTADOS DE PRUEBAS DE TAG DESNUDO EN MATERIAL 2
Descripción de la Prueba:
Se ubicaron los tags AD-222, AD-820 y AD-908 a las distancias d1, d5 y d9. Acto
seguido se procedieron a desplazar de manera manual 100 veces cada tag por el
frente de la antena (Ver grafica) como objeto de interferencia se empleó el libro
descrito en la tabla 4.
Libro
Gráfica 6. Prueba de lectura en Material 2 (Papel y Cartón)
Tag Empleado
AD-222
Material 2 ( Papel y Cartón )
Lecturas
Lecturas
Lecturas
Positivas en d1
Positivas en d5 Positivas en d9
(0.33 m)
(1.68 m)
(3.02 m)
100
98
95
99
95
87
98
96
89
AD-820
AD-908
Trazabilidad de productos en almacén, producto terminado, consumibles, materias primas y despachos realizados en planta, mediante
sistemas de información para seguimiento y codificación.
RESULTADOS DE PRUEBAS DE TAG DESNUDO EN MATERIAL 3
Descripción de la Prueba:
Se ubicaron los tags AD-222, AD-820 y AD-908 a las distancias d1, d5 y d9. Acto
seguido se procedieron a desplazar de manera manual 100 veces cada tag por el
frente de la antena (Ver grafica) como objeto de interferencia se empleó la lamina
descrita en la tabla 4.
Lamina
de acero
Gráfica 7. Prueba de lectura en Material 2 (Papel y Cartón)
Tag Empleado
AD-222
Lecturas
Positivas en d1
(0.33 m)
Material 3 ( Metal )
Lecturas
Lecturas
Positivas en d5 Positivas en d9
(1.68 m)
(3.02 m)
7
5
3
6
5
2
7
6
2
AD-820
AD-908
Nótese que las lectura positivas son casi nula, lo que demuestra que existe un gran índice
absorción por materiales metálicos para los tags pasivos.
Trazabilidad de productos en almacén, producto terminado, consumibles, materias primas y despachos realizados en planta, mediante
sistemas de información para seguimiento y codificación.
RESULTADOS DE PRUEBAS SOBRE SUPERFICIES DE PAPEL
Descripción de la Prueba:
Se ubicaron los tags AD-222, AD-820 y AD-908 sobre una superficie de papel para
determinar si la reflexión del campo en este material produce alternación de lectura.
Acto seguido se procedieron a desplazar de manera manual 100 veces cada tag por el
frente de la antena a las distancias d1, d5 y d9 sin presentar objetos de interferencia
con los siguientes resultados.
Tag Empleado
AD-222
Lecturas
Positivas en d1
(0.33 m)
Superficie Papel
Lecturas
Positivas en d5
(1.68 m)
Lecturas
Positivas en d9
(3.02 m)
100
100
99
100
98
96
100
94
89
AD-820
AD-908
Nótese que el comportamiento es muy similar al encontrado en la prueba del tag
desnudo sobre el material 1.
RESULTADOS DE PRUEBAS SOBRE SUPERFICIES DE CARTÓN
Descripción de la Prueba:
Se ubicaron los tags AD-222, AD-820 y AD-908 sobre una superficie de cartón
corrugado para determinar si la reflexión del campo en este material produce
alternación de lectura. Acto seguido se procedieron a desplazar de manera manual
100 veces cada tag por el frente de la antena a las distancias d1, d5 y d9 sin presentar
objetos de interferencia con los siguientes resultados.
Tag Empleado
AD-222
Lecturas
Positivas en d1
(0.33 m)
Superficie Cartón
Lecturas
Positivas en d5
(1.68 m)
Lecturas
Positivas en d9
(3.02 m)
99
97
95
97
91
83
AD-820
Trazabilidad de productos en almacén, producto terminado, consumibles, materias primas y despachos realizados en planta, mediante
sistemas de información para seguimiento y codificación.
99
97
94
AD-908
Nota:
Aunque el proveedor dispone de un tag especial para superficies de cartón, a la fecha de
las pruebas no fue posible contar con el tag AD-431.
RESULTADOS DE PRUEBAS SOBRE SUPERFICIES METALICAS
Descripción de la Prueba:
Se ubicaron los tags AD-222, AD-820 y AD-908 sobre una lamina de acero calibre 20
para determinar si la reflexión del campo en este material produce alternación de lectura,
Acto seguido se procedieron a desplazar de manera manual 100 veces cada tag por el
frente de la antena a las distancias d1, d5 y d9 sin presentar objetos de interferencia con los
siguientes resultados.
Lecturas
Positivas en d1
(0.33 m)
Tag Empleado
AD-222
Superficie Metal
Lecturas
Positivas en d5
(1.68 m)
Lecturas
Positivas en d9
(3.02 m)
3
1
0
2
0
0
95
90
87
AD-820
AD-908
Nota:
Tal como lo había afirmado del proveedor el recubrimiento de plástico del tag AD-908
aproximadamente equivalente a un décimo de la longitud onda, es suficiente para
producir un alto valor de lecturas positivas.
RESULTADOS CERCANIA DE TAGS EN LECTURAS SIMULTANEAS
Como elemento adicional se consideró la longitud de onda de la frecuencia
fundamental de estas pruebas para considerar que ocurre que cuando estos ve
encuentra espaciados entre sí. Para tener espaciamientos acordes, se consideraron
los valores
λ λ
2
,
3
y
λ
4
así.
Trazabilidad de productos en almacén, producto terminado, consumibles, materias primas y despachos realizados en planta, mediante
sistemas de información para seguimiento y codificación.
Resultados de cercania a distancia d1 (0.33 m)
Descripción de la Prueba:
Se ubicaron 3 tags AD-222, 3 tags AD-820 y 3 tags AD-901 separados a una
distancia de
distancia
λ
4
λ
2
(0.16 m), luego a una distancia de
λ
3
(0.12m) y por ultimo a una
(0.08m). Cada grupo de 3 tags se procedió a desplazar en frente de la
antena a la distancia d1 (0.33 m) para verificar la lectura, sin ubicar objetos de
interferencia entre los tags y la antena, obteniéndose los siguientes resultados.
Lecturas
Tag Empleado
AD-222
Positivas en
λ
2
Distancia d1
Lecturas
Positivas en
λ
3
Lecturas
Positivas en
(0.16 m)
(0.12 m)
(0.08 m)
89
67
25
97
89
82
90
69
30
λ
4
AD-820
AD-908
Nota:
Tal como lo había afirmado el proveedor, el recubrimiento diseño del tag AD-802
presenta un mejor desempeño en tags cercanos.
Resultados de cercanía a distancia d5 (1.68 m)
Descripción de la Prueba:
Se
ubicaron 3 tags AD-222, 3 tags AD-820 y 3 tags AD-901 separados a una
distancia de
distancia
λ
4
λ
2
(0.16 m), luego a una distancia de
λ
3
(0.12m) y por ultimo a una
(0.08m). Cada grupo de 3 tags se procedió a desplazar en frente de la
antena a la distancia d5 (1.68 m) para verificar la lectura, sin ubicar objetos de
interferencia entre los tags y la antena, obteniéndose los siguientes resultados.
Trazabilidad de productos en almacén, producto terminado, consumibles, materias primas y despachos realizados en planta, mediante
sistemas de información para seguimiento y codificación.
Lecturas
Tag Empleado
AD-222
Positivas en
λ
2
Distancia d5
Lecturas
Positivas en
λ
3
Lecturas
Positivas en
(0.16 m)
(0.12 m)
(0.08 m)
89
66
26
97
89
81
90
69
30
λ
4
AD-820
AD-908
Nótese que no se observan mayores diferencias respecto a la prueba anterior.
Resultados de cercanía a distancia d9 (3.02 m)
Descripción de la Prueba:
Se ubicaron 3 tags AD-222, 3 tags AD-820 y 3 tags AD-901 separados a una
distancia de
distancia
λ
4
λ
2
(0.16 m), luego a una distancia de
λ
3
(0.12m) y por último a una
(0.08m). Cada grupo de 3 tags se procedió a desplazar en frente de la
antena a la distancia d9 (3.02 m) para verificar la lectura, sin ubicar objetos de
interferencia entre los tags y la antena, obteniéndose los siguientes resultados.
Lecturas
Tag Empleado
AD-222
Positivas en
λ
2
Distancia d9
Lecturas
Positivas en
λ
3
Lecturas
Positivas en
(0.16 m)
(0.12 m)
(0.08 m)
83
62
20
92
70
59
84
63
20
λ
4
AD-820
AD-908
Trazabilidad de productos en almacén, producto terminado, consumibles, materias primas y despachos realizados en planta, mediante
sistemas de información para seguimiento y codificación.
7. RECOMENDACIONES Y CONCLUSIONES
Si bien se realizaron poco más de 9000 desplazamientos de tags en frente de la
antena, hasta la fecha no existe un patrón lineal para determinar la relación del éxito
de las lecturas, basados en los elementos distancia y material. Ya que dependiendo
de su densidad, algunas materiales absorberán y reflejarán las ondas
electromagnéticas necesarias para lectura de los tags.
De la misma manera, las interferencias de lecturas, deben ser estudiadas de manera
independiente con cada material encontrado en campo; debido a que no se dispone
de la tecnología y el conocimiento para el diseño y desarrollo de dipolos para cada
tag, lo mas recomendable y a la vez económico es realizar medidas con cada tipo de
tag en la medida que estos estén disponibles.
Si bien solamente se seleccionaron 3 distancias de lectura (d1, d5 y d9), es
recomendable, para cada aplicación, realizar una prueba practica a fin de determinar
las distancias optimas de lectura y los resultados de las mismas. En caso de no
disponer de equipos para este fin, lo mas recomendable es utilizar la distancia d5
como punto de referencia, ya que la d1 no presenta mayor ventaja que los alcances
presentados por tecnologías anteriores como el código de barras.
Debido que no se puede hacer algún tipo de seguimiento visual a los tags, ya que solo
las lectoras poseen la capacidad de leer la información de cada tag, como ocurre con
tecnologías anteriores como el código de barras; en algunos casos es aconsejable
realizar algún tipo de marcado físico de tags donde, por ejemplo, se lleve impreso el
código EPC de cada tag para ser leído de manera manual.
Trazabilidad de productos en almacén, producto terminado, consumibles, materias primas y despachos realizados en planta, mediante
sistemas de información para seguimiento y codificación.